Reti di calcolatore e Applicazioni
Telematiche – Il progetto IEEE 802
Lezioni di supporto al corso teledidattico
E.Mumolo. DEEI
[email protected]
Standardizzazione delle reti locali:
comitato IEEE 802
802.2
Logical link control
802.4
802.5
CSMA/CD
Token
bus
Token
ring
802.6 802.7
MAN
Banda
larga
FISICO
802.3
DATA LINK
MAC
Network architecture management
RETE
LLC
802.1
Le Primitive LLC

Il sottolivello LLC prevede due modi di
funzionamento:

connectionless


Solo trasferimento dati
connection oriented




Apertura e chiusura di una connessione
Controllo di errore
Controllo di flusso
Controllo della sequenza
Le Primitive MAC




Risolve il problema della condivisione del mezzo
trasmissivo
A livello MAC si trasferiscono solo singole unità dati.
Viene attivata una primitiva di conferma per indicare
l’avvenuta trasmissione di dati.
Se una entità del livello MAC non riesce a trasmettere
una PDU avvisa l’entità del livello LLC corrispondente
che agirà sulla base della classe di servizio richiesta dal
livello ancora superiore.
Sommario delle funzioni
Gestione connessione
DATI
Livelli superiori
LLC
MAC
Fisico
Controllo flusso
Rilevazione errori
Recupero da errori
Chiusura connessione
Controllo accesso
Algoritmo d’accesso
Gestione caratteristiche
Elettriche
Meccaniche
Codifica bit
Ascolto canale
Rilevazioni collisioni
Lo standard 802.3

Topologia: two-way bus


Bit rate: 10 Mbit/s
Protocollo MAC di tipo CSMA/CD


Carrier Sensing Multiple Access with Collision
Detection
Protocollo ad accesso casuale
CSMA/CD

Carrier sensing:


Multiple access:



ogni stazione che debba trasmettere ascolta il bus e trasmette solo se è
libero
una volta iniziata la trasmissione i dati inviati da una stazione possono
collidere con quelli di un’altra
questo avviene a causa del ritardo di propagazione non nullo
Collision detection:


Una stazione è in grado di rilevare l’avvenuta collisione rimanendo ‘in
ascolto’ sul mezzo
In caso di collisione:


si ferma subito la trasmissione
si invia una particolare sequenza di bits (jamming) per informare tutte le
altre stazioni dell’avvenuta collisione
Frame 802.3







Preambolo: inizio messaggio (sincronizza il clock)
SFD: Starting Frame Delimiter con violazione del codice
Dadd, Sadd: indirizzi sorgente, destinazione di 48 bit
Lenght: lunghezza dati
Data: dati
PAD: riempimento
FCS: Frame Check Sequence, controllo errori
Indirizzi MAC

Indirizzi di 6 byte (ottetti)
Assegnati al costruttore
3 byte

numerazione interna
3 byte
Primi 2 bit:
• 00
singolo sistema, ind. locale
• 01
singolo sistema, ind. universale
• 10
gruppo di sistemi, ind. locale
• 11
gruppo di sistemi, ind. universale
Tipi di indirizzi MAC

Tre tipi:
• Single (singolo sistema)
• Multicast (gruppo di sistemi)
• Broadcast (tutti I sistemi)

Indirizzi broadcast: tipo particolare di multicast
• FF-FF-FF-FF-FF-FF
broadcast
• 03-00-00-20-00-00
• 01-00-E5-7F-00-02
• 08-00-2B-3C-56-FE
individual local
multicast universal
individual universal
Alla ricezione di un pacchetto...

Prima di essere inviato al livello LLC
• Verifica dimensioni
• Analisi indirizzo MAC:
• Indirizzo broadcast
• Indirizzo single
quello
• Multicast
appartiene
pacchetto passato a LLC
pacchetto passato solo se
l'indirizzo corrisponde a
MAC della scheda
si verifica se la scheda
al gruppo indirizzato
Ethernet





Standard precedente a 802.3
Simile a 802.3 e può coesistere
Frame:
Diversità nei campi length e type entrambi di 2 byte
Valori ammissibili disgiunti: length ∈ [0 - 1500]; type >
1500
Differenza tra ethernet e 802.3
ETHERNET: parametri principali








Slot time (Tempo base di attesa prima di una
ritrasmissione): 512 bit (51.2s)
Inter frame spacing (distanza minima fra due pacchetti): 9.6
Attempt limit (max numero di tentativi di ritrasmissione): 16
Back-off limit (numero di tentativi dopo il quale non aumenta
più la casualità del back-off): 10
Jam size (lunghezza della sequenza di jam): 32 to 48 bit
Max frame size: 1518 bytes
Min frame size: 64 bytes
Address size: 48 bit
Back off


La collisione non è un errore di trasmissione ma è il
modo per gestire l’accesso multiplo ed è quindi
inevitabile
In caso di collisione la stazione ritenterà la trasmissione

avvenuta una collisione si può ritentare dopo un tempo T detto
intervallo di back off


n è il numero di tenativi di trasmissione effettuato e n ≤ 16
Il tempo T viene determinato come segue:



T=rτ
Al n-esimo tentativo il numero di tempi base da attendere r è
scelto casulamente nell’intervallo 0 ≤ r < 2k dove k = min(n,10)
τ è il tempo necessario per la trasmissione di uno slot time (512
bit)
Metodo d’accesso
Crea la frame
si
ricezione
Occupato?
no
no
Trasmetti e ascolta
Collisione?
Occupato?
Frame corta?
si
si
JAM
Mio indir.?
no
no
Conta collisioni
Fine frame?
Limite?
Trasm. ok
si
backoff
no
Parità?
si
Corretto
Esci
Esci
Errore
Richiami: velocità di propagazione e bit rate

Definizioni:
L = lunghezza frame in bit [b]
d = massima distanza tra due stazioni della LAN [m]
R = velocità di trasmissione [b/s]
v = velocità di propagazione [m/s]


R = bit per secondo = bitrate [b/s]
Durata di 1 bit in secondi = 1/R
es. Se bitrate = 10Mbps -> 1/10·106=0.1 s

Larghezza di 1 bit in metri = v · durata di 1 bit = v/R
es. R=10Mbps e vel.prop. = 200·106 m/s -> 20metri
Richiami: velocità di propagazione e bit rate


Tempo di trasmissione per L bit=L/R
Numero di bit su una tratta di d metri=d/lunghezza bit=dR/v
es. R=10Mbps, v=200·106 m/s e d=1000m: n.bit=1000·10·106/200·106=50

Tempo di trasmissione di n bit=n/bitrate
es. Se bitrate=10Mbps e n=1000 bit : tempo=1000/10Mbps=10-4=0,1 ms


Tempo di propagazione di 1 bit per d metri = d/v
Numero di frame presenti sulla LAN=(dR/v)L=dR/vL
Round trip delay (RTT)
Pacchetto parte
all’istante 0
Collisione torna
al tempo 2
Collisione al tempo 




Durata minima pacchetto = 512bit (51,2 s)
RTT = 51,2 s (altrimenti non 'sente' la collisione)
=25,6 s
distanza massima = 200 106 25,610-6 = 5120 metri
Round trip delay

E’ il tempo necessario ai dati per andare e tornare fra
due stazioni

Ethernet pone un limite al massimo Round Trip Delay
che deve essere minore di 43.68 μs

Sulla base del massimo Round trip delay si deve
dimensionare la rete

Esistono vincoli sulla lunghezza massima dei cavi
IEEE 802.4

Le stazioni sono ordinate secondo il MAC address

Viene passato un gettone dalla più alta alla più bassa

Quando una stazione cattura un tokern libero, può
impegnarlo per un tempo 'Token Hold Time' (tempo di
trasmissione)

Se una stazione non deve trasmettere passa il token al
vicino

Supporta 6 livelli di priorità
IEEE 802.4 (TOKEN BUS )
cavo
Token
IEEE 802.5 (TOKEN RING )





Sviluppato dai laboratori IBM nel 1976
Topologia: logicamente un anello ma fisicamente una
stella con cavi STP 1
Bit rate: 16 Mbit/s
In 1982 IEEE costituisce il comitato 802.5 che
standardizza il Token Ring per i livelli fisico e MAC
Nel 1993 IEEE produce un documento
per l’impiego dei cavi UTP (Unshielded Twisted
Pairdoppino non schermato)
IEEE 802.5 (TOKEN RING )



Protocollo controllato in cui non si possono verificare collisioni
Token (diritto alla trasmissione): realizzato mediante una trama che
gira continuamente sulla linea
Accesso al mezzo:





accede al mezzo condiviso chi e' in possesso del token
la stazione che vuole trasmettere attende che passi un token libero, lo
occupa e vi appende le informazioni in coda.
Tempo di accesso: tempo che la stazione deve attendere per vedere
il token libero
Tempo di latenza: tempo che impiega un bit a fare un giro completo
dell'anello
La stazione può trasmettere 1 o + pacchetti in base alla loro
lunghezza e al parametro THT (Time Hoding Token)
IEEE 802.5 (TOKEN RING )






Starting Delimiter (SD): identifica l’inizio del pacchetto e del token
Access Control (AC): contiene informazioni d’accesso
Frame Control (FC): definisce il contenuto del pacchetto (trama
MAC o pacchetto contenente LLC-PDU)
Frame Checking Sequence (FCS): contiene il CRC per il controllo
d’errore
Ending Delimiter (ED): indica la fine del pacchetto
Frame Status (FS): contiene i bit address-recognized (A) e
framecopied (C)
Principio di Funzionamento di 802.5
Token
D
D
C
A
C
A
frame
B
B
A vuole inviare una frame a C : aspetta
un token libero, lo cattura e lo trasforma
in frame
frame
A trasmette la frame lungo l'anello:
C copia la frame e la ritrasmette
D
D
C
A
C
A
Token
B
A aspetta “Start of Frame” ma non ripete
la frame, rimuovendola
B
A trasmette l'ultimo bit della frame.
A questo punto genera il token
Efficienza della rete

In un sistema ideale:
Una stazione trasmette
il destinatario riceve dopo tempo di
trasmissione + tempo di propagazione = L/R+d/v


Efficienza della rete=frequenza di trasmissione effettiva della
informazione U= L/(L/R+d/v) = 1/(1+a)
dove a=Rd/vL (a=numero di frame presenti sulla LAN)
Standard 802.3

Connessione a bus
10base5: coax thick
10base2: coax thin


10baseFT: stelle ottiche passive
Connessione punto punto
10baseT: doppino UTP
FOIRL: fibra ottica
10baseFL: evoluzione di FOIRL
In disuso
10Broad36: cavo CATV
10base5:UTP
Mezzi trasmissivi 802
Thick ethernet
Thin ethernet
Unshielded twisted pair - UTP
Doppino schermato - S-UTP
Doppino schermato - STP
10baseT
Confronto fra standard

Caratteristica di
802.3
802.4
802.5
•Semplicità
si
no
si
•Parte analogica
si
si
no
•Determinismo
no
si
si
•Priorità
no
si
si
•Prestazioni sotto carico
scarse
buone
buone
•Affidabilità
buona
buona
buona
•Diffusione
ovunque buona
buona